自適應交通信號燈智能控制方法及實現該方法的裝置的製作方法

2023-05-18 00:57:01 7

專利名稱：自適應交通信號燈智能控制方法及實現該方法的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自適應交通信號燈智能控制方法及實現該方法的裝置，依據對交通道口有車和無車的狀態檢測來進行交通信號燈的控制，特別涉及針對綠燈車道(當前通行車道)的有車和無車的狀態來進行交通信號燈智能控制的方法和裝置。
背景技術：
隨著我國經濟的飛速發展，道路交通問題日益突出。交通堵塞現象時有發生，引起的資源浪費、環境汙染嚴重製約社會經濟的可持續發展。交通信號燈是交通管理的重要工具，目前，絕大多數的交通信號燈時間是預先設置好的，不會隨著交通路口的實際情況去隨時調整，因此經常會造成車輛、行人因為交通信號燈設置不合理而無謂等候，既耽誤了時間，又浪費了能源，排放了更多的尾氣，汙染了環境。另一方面，世界各國都把交通管理作為一個重要的課題，投入大量的人力、物力和財力進行研究開發，但現有的智能交通指揮系統主要是採用車輛流量檢測，建立道路車流信息採集傳輸網絡系統和信息處理決策中心，通過中心進行統一的管理，為各道口交通信號燈提供較為合理的定時命令，這完全基於高度複雜的車流檢測和數據處理設備(雷達、攝像，網絡及集中監控系統)，建設成本高，維護費用高，故障率高，對環境要求高，需要大量的推廣費用。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是針對現有技術中存在的交通信號燈不會根據交通路口的實際情況隨時調整的技術難題，以及現有的智能交通指揮系統需要車流信息採集傳輸網絡系統和信息處理決策中心的支持，建設成本高、維護費用高、故障率高的不足，採用人工智慧方法，面向單個交通路口，把一個交通路口作為一個系統來考慮，設計一種模擬交警處理問題的智能交通信號燈管理系統，提供一種獨立自治、價格低廉的自適應交通信號燈智能控制方法及其裝置。
本發明的技術解決方案是，一種自適應交通信號燈智能控制方法，該方法通過交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，依據對交通道口有車和無車的狀態檢測來進行交通信號燈的控制，所述的方法包括以下步驟
(1)設定主道和次道通行時間初值，系統運行在一個車道為綠燈，另一車道為紅燈狀態；(2)檢測當前綠燈道口有/無車；(3)如果在通行時間倒計數為零時仍然有車，切換到黃燈，增加下次該道的通行時間值，直至達到各車道預置最大通行時間；(4)如果在通行時間倒計數未結束該道口無車，並且通行時間已大於各車道預置最低通行時間，切換到黃燈，減少下次該道的通行時間值，直至各車道預置最低通行時間；(5)系統切換到另一道，重複步驟(2)、(3)、(4)；(6)如果連續N次出現在通行時間倒計數未結束兩個道的道口均無車，即步驟(4)連續執行N次，系統切換到夜間狀態，僅有黃燈亮；(7)如果檢測到任意兩個或三個道口有車，系統設置為最低通行時間，返回步驟(2)。
根據上述的自適應交通信號燈智能控制方法，其所述的增加和減少下次通行時間的預測推理包括以下步驟(1)減少下次通行時間獲取倒計時剩餘時間Δt，在下面知識庫中進行搜索，選取與規則前提匹配者的結論作為下次通行時間的預測值，設本次通行時間值為T 其中，Tr為車道的最低通行時間(不同車道有不同的Tr)，MAX表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最大者，以保證最低通行時間；(2)增加下次通行時間設本次通行時間值為T，每次增加 時間值，即T=MIN(Tm,T+15T)]]>其中，Tm為車道的最大通行時間(不同車道有不同的Tm)，MIN表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最小者，以保證不超過最大通行時間。
一種實現如上所述自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，包括現有交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，所述的實現自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，由設置在四個道口的道口車輛探測器獲取道口有車/無車狀態，通過輸入接口電路(16)經總線(102)讀入單片機(14)進行本控制方法的處理；同時單片機(14)經總線(101)通過輸出接口電路(15)，一路經驅動電路(17、18)驅動主道、次道通行時間七段碼時鐘顯示器(21、22)，另一路經驅動電路(19、20)驅動主道、次道紅黃綠信號燈和行人通行信號燈(23、24)。
由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是一是在車流量增大的時候可以自動增加通過時間，在車流量減少的時候自動減少時間；二是在綠燈通行期間發現無車通過立即自動切換到紅燈狀態；三是根據車流量的減少自動轉換到無車狀態(夜間狀態)，並可以隨著車流量的增加自動喚醒到正常狀態。本發明將採集交通路口信息的重點放在「有」車和「無」車狀態，替代繁瑣龐大的車流檢測和網絡數據處理系統，起到了需要昂貴複雜系統在交通路口信號燈智能調節的同等效果，具有在單個路口可以獨立運行，不因交通控制中心和網絡系統的故障而喪失系統智能性的特點。並可以作為交通管理網絡系統的智能化節點，容錯性強，抗打擊性，抗災難性強；對車輛探測設備要求低，並可充分利用現有的交通路口車流探測設備，同時，為今後分布式智能交通管理系統打下了良好的基礎。


圖1為本發明自適應交通信號燈通行時間調控方法的流程圖。
圖2為本發明的預測推理流程圖。
圖3為本發明交通信號燈控制裝置的電氣原理示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明參見圖1，一種自適應交通信號燈智能控制方法，該方法通過交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，依據對交通道口有車和無車的狀態檢測來進行交通信號燈的控制，特別是針對綠燈車道(當前通行車道)的有車和無車的狀態來進行控制，所述的方法包括以下步驟(1)設定主道和次道通行時間初值，系統運行在一個車道為綠燈，另一車道為紅燈狀態；(2)檢測當前綠燈道口有/無車；
(3)如果在通行時間倒計數為零時仍然有車，切換到黃燈，增加下次該道的通行時間值，直至達到各車道預置最大通行時間；(4)如果在通行時間倒計數未結束該道口無車，並且通行時間已大於各車道預置最低通行時間，切換到黃燈，減少下次該道的通行時間值，直至各車道預置最低通行時間；(5)系統切換到另一道，重複步驟(2)、(3)、(4)；(6)如果連續N次出現在通行時間倒計數未結束兩個道的道口均無車，即步驟(4)連續執行N次，系統切換到夜間狀態，僅有黃燈亮；(7)如果檢測到任意兩個或三個道口有車，系統設置為最低通行時間，返回步驟(2)。
參見圖2，根據上述的自適應交通信號燈智能控制方法，其所述的增加和減少下次通行時間的預測推理包括以下步驟(1)減少下次通行時間獲取倒計時剩餘時間Δt，在下面知識庫中進行搜索，選取與規則前提匹配者的結論作為下次通行時間的預測值，設本次通行時間值為T 其中，Tr為車道的最低通行時間(不同車道有不同的Tr)，MAX表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最大者，以保證最低通行時間；(2)增加下次通行時間設本次通行時間值為T，每次增加 時間值，即T=MIN(Tm,T+15T)]]>其中，Tm為車道的最大通行時間(不同車道有不同的Tm)，MIN表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最小者，以保證不超過最大通行時間。
按常規，交通信號燈系統分主道、次道交替放行，即如果主車道綠燈、行人通行燈為紅燈，則次車道紅燈、行人燈為綠燈，反之亦然。由於主道和次道的控制方法相同，在實施例1中以一個車道來說明本自適應交通信號燈通行時間的調控方法。
實施例1如圖1所示，一開始進入當前車道放行，綠燈亮。調控步驟1為初始動作，在調控步驟1中，單片機對來自輸入接口的當前車道兩端道口之有車/無車信號進行採集。調控步驟2判斷有車還是無車，僅噹噹前車道兩端道口均無車的狀況，才判定該車道無車，如果有車，轉調控步驟8；如果無車轉調控步驟3。調控步驟3完成將連續提前無車次數計數器加一。調控步驟4判斷當前車道通行倒計時時間是否大於最低通行時間，即保證另一車道(紅燈)行人通行的最低設置時間，是，則轉調控步驟5；否，則等待。調控步驟5判斷兩個車道連續無車次數計數器的次數是否均大於N次，以表示交通道口車輛是否很少了，是，則轉調控步驟6，進入夜間狀態；否，則轉調控步驟10亮黃燈，結束當前車道通行，以實現釋放道路資源，防止無謂佔道和另一車道車輛的無謂等待。調控步驟6為進入夜間狀態，僅黃燈亮，關斷時鐘。調控步驟7仍為夜間狀態，單片機對來自輸入接口的兩車道共4個端道口之有車/無車信號進行採集，並判斷是否有任意2個或3個車道表明有車，是，則退出夜間狀態，轉調控步驟1；否，則重複本步驟。調控步驟8完成將連續提前無車次數計數器清零。調控步驟9判斷本次倒計時為零否？是，則表明當前車道通行時間結束，並且仍然有車，轉調控步驟10亮黃燈，正常結束當前車道通行；否，則轉調控步驟1重複上述步驟。調控步驟10僅點亮黃燈，置黃燈計數時間並開始倒計時。調控步驟11對前面出現的兩種情況(當前車道通行時間倒計時未結束就無車了；當前車道通行時間倒計時為零仍然有車)進行推理處理，預測並給出該車道下次的合理通行時間(見預測推理)。調控步驟12等待黃燈倒計時為零，轉調控步驟13。調控步驟13啟動另一車道通行，車道紅燈轉綠燈，行人燈轉紅燈禁止通行，取該車道前次預測通行時間值開始倒計時。
其預測推理流程如圖2所示。如上所述的增加和減少下次通行時間的預測推理包括以下兩種情況1.當前車道通行時間倒計時未結束就無車了從趨勢表明該車道車輛在減少，下次通行時間相應減少，由此獲得較為合理的通行時間按下面方法進行獲取倒計時剩餘時間Δt，在下面知識庫中進行搜索，選取與規則前提匹配者的結論作為下次通行時間的預測值，設本次通行時間值為T。
其中，Tr為車道的最低通行時間(不同車道有不同的Tr)，MAX表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最大者，以保證最低通行時間。
由於在主流程中專門設有最小通行時間保證處理，故在信號燈的控制中不會出現定時時間過短的情況。
2.當前車道通行時間倒計時為零仍然有車從趨勢表明該車道車輛仍然很多，下次通行時間相應增加，由此獲得較為合理的通行時間按下面方法進行設本次通行時間值為T。每次增加以固定時間值，如果連續出現車多情況，最終通行時間被限定在最大通行時間之內。
設每次增加 時間值，即T=MIN(Tm,T+15T)]]>其中，Tm車道的最大通行時間(不同車道有不同的Tm)，MIN表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最小者，以保證不超過最大通行時間。
對於所述的時鐘定時計數和時鐘顯示，如公知技術，這部分內容在單片機定時器中斷服務程序中執行。將定時器定時時間設置為t，在中斷服務程序中設置一計數器T1，使得t×T1＝1秒作為交通信號時鐘倒計時基準，並且每到一秒使得通行時間時鐘倒計時減一。定時器每t時間中斷一次，進行通行時鐘七段碼顯示器的掃描，形成人眼的視覺暫留。
關於調控步驟5所述的判斷兩個車道連續無車次數計數器的次數是否均大於N次，可根據當地的具體情況設定，可以為5次、10次、20次等等。
關於調控步驟7仍為夜間狀態，單片機對來自輸入接口的兩車道共4個端道口之有車/無車信號進行採集，並判斷是否有任意2個或3個車道表明有車；對於「丁字」交通路口為不在同一直線的任意2個道口有車，表明有車；對於「十字」交通路口為任意相鄰的2個道口有車或任意3個道口有車，表明有車。
一種實現如上所述自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，包括現有交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，所述的實現自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，由設置在四個道口的道口車輛探測器獲取道口有車/無車狀態，通過輸入接口電路16經總線102讀入單片機14進行本控制方法的處理；同時單片機14經總線101通過輸出接口電路15，一路經驅動電路17、18驅動主道、次道通行時間七段碼時鐘顯示器21、22，另一路經驅動電路19、20驅動主道、次道紅黃綠信號燈和行人通行信號燈23、24。
實施例2如圖3所示，設置在四個道口的道口車輛探測器提供在道口一定範圍內(即人行橫道停車線以後的一定距離範圍)的有車或無車信號，由此獲取四個道口有車/無車狀態，如公知技術，供電電源電路給單片機14提供工作需要的電壓。道口車輛探測器提供的有車或無車狀態信號接入輸入接口電路16，單片機14經總線102連接至輸入接口電路16，如公知技術，總線102包括控制信號、埠地址信號和數據信號，在綠燈通行道通行期間通過輸入接口電路16監控並讀取該車道兩端道口的有車/無車狀態信號；在系統進入夜間狀態期間通過輸入接口電路16監控並讀取4個道口的有車/無車狀態信號。單片機14根據本控制方法計算的當前綠燈車道和紅燈車道的時鐘值，在5～10毫秒更新一次，由單片機14通過總線101寫到輸出接口電路15並鎖存，如公知技術，總線101包括控制信號、埠地址信號和數據信號；輸出接口電路15分別連接主道七段碼時鐘驅動電路17和次道七段碼時鐘驅動電路18，通過送出字形信號和字位信號，由驅動電路17、18分別驅動主道七段碼時鐘顯示器21和次道七段碼時鐘顯示器22；同時單片機14根據本控制方法給出的主車道和次車道的紅黃綠燈信號及相應的人行橫道通行燈信號通過總線101寫到輸出接口電路15並鎖存，輸出接口電路15將上述信號燈信號輸出到驅動電路19、20，分別驅動主道紅黃綠燈、行人通行燈23和次道紅黃綠燈、行人通行燈24。從而實現本自適應交通信號燈的智能控制。
權利要求
1.一種自適應交通信號燈智能控制方法，該方法通過交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，依據對交通道口有車和無車的狀態檢測來進行交通信號燈的控制，所述的方法包括以下步驟(1)設定主道和次道通行時間初值，系統運行在一個車道為綠燈，另一車道為紅燈狀態；(2)檢測當前綠燈道口有/無車；(3)如果在通行時間倒計數為零時仍然有車，切換到黃燈，增加下次該道的通行時間值，直至達到各車道預置最大通行時間；(4)如果在通行時間倒計數未結束該道口無車，並且通行時間已大於各車道預置最低通行時間，切換到黃燈，減少下次該道的通行時間值，直至各車道預置最低通行時間；(5)系統切換到另一道，重複步驟(2)、(3)、(4)；(6)如果連續N次出現在通行時間倒計數未結束兩個道的道口均無車，即步驟(4)連續執行N次，系統切換到夜間狀態，僅有黃燈亮；(7)如果檢測到任意兩個或三個道口有車，系統設置為最低通行時間，返回步驟(2)。
2.根據權利要求1所述的自適應交通信號燈智能控制方法，其增加和減少下次通行時間的預測推理包括以下步驟(1)減少下次通行時間獲取倒計時剩餘時間Δt，在下面知識庫中進行搜索，選取與規則前提匹配者的結論作為下次通行時間的預測值，設本次通行時間值為T 其中，Tr為車道的最低通行時間(不同車道有不同的Tr)，MAX表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最大者，以保證最低通行時間；(2)增加下次通行時間設本次通行時間值為T，每次增加 時間值，即T=MIN(Tm,T+15T)]]>其中，Tm車道的最大通行時間(不同車道有不同的Tm)，MIN表示後面括號內由逗號分開的兩個數取最小者，以保證不超過最大通行時間。
3.一種實現權利要求1所述自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，包括現有交通信號燈的常規接口電路、驅動電路、時鐘顯示裝置、紅黃綠燈指示裝置和交通道口車輛檢測裝置，其特徵在於所述的實現自適應交通信號燈智能控制方法的裝置，由設置在四個道口的道口車輛探測器獲取道口有車/無車狀態，通過輸入接口電路(16)經總線(102)讀入單片機(14)進行本控制方法的處理；同時單片機(14)經總線(101)通過輸出接口電路(15)，一路經驅動電路(17、18)驅動主道、次道通行時間七段碼時鐘顯示器(21、22)，另一路經驅動電路(19、20)驅動主道、次道紅黃綠信號燈和行人通行信號燈(23、24)。
全文摘要
本發明公開了自適應交通信號燈智能控制方法及實現該方法的裝置，該方法主要步驟設定主道和次道通行時間初值；檢測當前綠燈道口有/無車；如果通行時間倒計數為零時仍然有車，增加下次該道的通行時間值；如果通行時間倒計數未結束該道口無車，減少下次該道的通行時間值；如果連續N次在通行時間倒計數未結束兩個道的道口均無車，系統切換到夜間狀態；如果檢測到任意兩個或三個道口有車，系統從夜間狀態喚醒。一種實現該方法的裝置，由車輛探測器獲取道口有車/無車狀態，輸入接口電路經總線讀入單片機；單片機經總線通過輸出接口電路，一路驅動主道、次道通行時間時鐘顯示器，另一路驅動主道、次道紅黃綠信號燈和行人通行信號燈。
文檔編號G08G1/095GK101042804SQ20061001756
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月24日 優先權日2006年3月24日
發明者鄭興, 馬子淇, 馬子淋 申請人:鄭興, 馬子淇, 馬子淋